Una de las reacciones más importantes en el universo, el proceso triple-alfa, puede recibir un impulso enorme e inesperado dentro de las estrellas en explosión conocidas como supernovas.
El hallazgo, reportado por astrofísicos de la Universidad Estatal de Michigan (MSU), también desafía las ideas detrás de cómo se fabrican algunos de los elementos pesados de la Tierra. En particular, cambia una teoría que explica las cantidades inusualmente altas de algunas formas, o isótopos, de los elementos rutenio y molibdeno en nuestro planeta.
«Es sorprendente», dijo Luke Roberts, profesor asistente en la Instalación de Rayos de Isótopos Raros (FRIB), y el Departamento de Física y Astronomía, en MSU. Roberts implementó el código de computadora que el equipo usó para modelar el entorno dentro de una supernova. «Ciertamente pasamos mucho tiempo asegurándonos de que los resultados fueran correctos».
Los resultados, publicados en la revista Nature, muestran que las regiones más internas de las supernovas pueden forjar átomos de carbono diez veces más rápido de lo que se pensaba. Esta creación de carbono ocurre a través de una reacción conocida como proceso triple alfa.
DEFINE NUESTRA EXISTENCIA
«La reacción triple-alfa es, en muchos sentidos, la reacción más importante. Define nuestra existencia», dijo Hendrik Schatz, uno de los colaboradores de Roberts. Schatz es profesor universitario distinguido en el Departamento de Física y Astronomía y en la Instalación de Rayos de Isótopos Raros y director del Instituto Conjunto de Astrofísica Nuclear, Centro para la Evolución de los Elementos, o JINA-CEE.
Casi todos los átomos que componen la Tierra y todo lo que contiene, incluidas las personas, se forjaron en las estrellas. Los fanáticos del difunto autor y científico Carl Sagan pueden recordar su famosa cita: «Todos estamos hechos de estrellas». Quizás ninguna sustancia estelar sea más importante para la vida en la Tierra que el carbono producido en el cosmos por el proceso triple alfa.
El proceso comienza con partículas alfa, que son los núcleos de los átomos de helio o núcleos. Cada partícula alfa está formada por dos protones y dos neutrones.
En el proceso triple alfa, las estrellas fusionan tres partículas alfa, creando una nueva partícula con seis protones y seis neutrones. Esta es la forma de carbono más común del universo. Hay otros isótopos producidos por otros procesos nucleares, pero esos constituyen poco más del 1% de los átomos de carbono de la Tierra.
Aún así, fusionar tres partículas alfa es generalmente un proceso ineficiente, dijo Roberts, a menos que haya algo que lo ayude. El equipo de Spartan reveló que las regiones más internas de las supernovas pueden tener tales ayudantes flotando: protones en exceso. Por tanto, una supernova rica en protones puede acelerar la reacción triple alfa.
Pero la aceleración de la reacción triple alfa también pone freno a la capacidad de la supernova para producir elementos más pesados ??en la tabla periódica, dijo Roberts. Esto es importante porque los científicos han creído durante mucho tiempo que las supernovas ricas en protones crearon la sorprendente abundancia de ciertos isótopos de rutenio y molibdeno en la Tierra, que contienen más de 100 protones y neutrones.
«No se producen esos isótopos en otros lugares», dijo Roberts.
Pero según el nuevo estudio, probablemente tampoco los genere en supernovas ricas en protones.
«Lo que encuentro fascinante es que ahora tienes que pensar en otra forma de explicar su existencia. No deberían estar aquí con esta abundancia», dijo Schatz sobre los isótopos. «No es fácil encontrar alternativas».
«Es una especie de fastidio en cierto modo», dijo el creador del proyecto, Sam Austin, profesor emérito distinguido de MSU y ex director del Laboratorio Nacional de Ciclotrones Superconductores, el predecesor de FRIB. «Pensamos que lo sabíamos, pero no lo sabemos lo suficiente».
Hay otras ideas por ahí, agregaron los investigadores, pero ninguna que los científicos nucleares encuentren completamente satisfactoria. Además, ninguna teoría existente incluye este nuevo descubrimiento todavía.
«Sea lo que sea lo que surja a continuación, hay que considerar los efectos de una reacción triple alfa acelerada. Es un acertijo interesante», dijo Schatz.
Aunque el equipo no tiene soluciones inmediatas a ese acertijo, los investigadores dijeron que afectará los próximos experimentos en FRIB, en MSU.
